纺织、柔性、可穿戴！复旦大学研发出室温下可充钙-氧电池

钙氧电池结构示意图。

复旦大学开发了一种新型的钙氧电池，可在室温下充放电，循环稳定700次，具有柔性高、安全性高、成本低等优点。该电池还可以为下一代可穿戴系统制成柔性纤维和编织纺织电池。

2月7日，“室温下可充钙-氧气电池”的相关结果（A rechargeable calcium-oxygen battery that operates at room temperature）国际学术期刊《自然》在线发表（Nature）。

上述研究由复旦大学纤维电子材料及器件研究所、聚合物科学系、先进材料实验室、聚合物分子工程国家重点实验室彭慧生/王兵杰团队与王永刚、周浩慎、陆军等合作伙伴共同完成。

钙或钙的化合物被氧化并产生其他氧化物，这是钙氧电池的基本原理。理论上，钙氧电池可以实现低成本和高容量。因为它在基于金属钙的电池中理论能量密度最高，而且我国钙资源也比较丰富。

但事实上，很少有电解质能同时容纳或匹配高还原钙金属负极和氧正极。此外，钙-氧电池的放电产品往往惰性，难以多次充放电。

研究人员发现，在室温下稳定充放电的钙氧电池面临的关键挑战是，电解质容易被钙金属负极还原分解，在电极表面形成钝化层，导致负极故障；空气正极具有高电极电势，也容易导致电解质分解。人们以前没有找到一种电解质，它可以匹配钙金属负极，并适应高电极电势空气正极。

为了解决上述挑战，研究小组通过系统设计溶剂、电解质盐和电解质比，制备了基于二甲基亚啶/离子液体的新型电解质。

新开发的钙氧电池主要由金属钙负极、碳纳米管空气正极和有机电解质三部分组成。

电池采用耐用的离子液体新型电解质，促进室温下负极钙金属涂层的剥离，改善空气正极的氧化还原反应，实现高度可逆的双电子反应。电池的放电产物是过氧化钙。

研究人员表示，新型钙氧电池的设计考虑了柔性电子设备的性能、成本、环境可持续性和应用要求。

其中，正极材料不含昂贵的贵金属催化剂，以空气中的氧气为反应物；负极材料成本低，理论容量高；电解质在室温下具有高离子导率和稳定的电化学特性，提高了电池的整体安全性。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06949-x

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